die neue Referenz für leistungsfähige lunkerfreie SMD ...€¦ · Die Lösung: DYNAMIC PROFILING...
Transcript of die neue Referenz für leistungsfähige lunkerfreie SMD ...€¦ · Die Lösung: DYNAMIC PROFILING...
Multivacuum und Dynamic Profiling
die neue Referenz für leistungsfähige lunkerfreie SMDVakuumlötprozesse
Worldwide leading in vapor phase soldering technology
Der Lötfehler Lunkerbildung
Was sind Lunker / Voids?
Kristalline Einschlüsse von Flussmittel
Gasblasen durch Ausgasungsprozesse von Lösemitteln aus der Lotpaste
Ausgasungen aus nicht vollständig abgeschlossenen Polymerisations-prozessen(z.B. Lötstopplack)
Eingelagerte Feuchtigkeit aus Baugruppen und Bauelementen
Reaktive Gase, die bei der Beseitigung der Oxydschichten durch Flussmittelentstehen
Eingeschlossene Luft aus Rakel- und Bestückprozess (Ausschöpfen von Lotpastedurch den Rakel bei fehlendem Rakelsupport)
Eingeschränkte Wärmeabfuhr aus Bauteilen zur Leiterplatte (heat sink) Reduzierte Festigkeit von Lötstellen Reduzierte Vibrationsbeständigkeit Leistungseinschränkungen im Hochfrequenzbereich Reduzierte elektrische Belastbarkeit von Bauteilen (z. B. Powermodule)
Welche negativen Einflüsse haben Lunker
Einsatz optimierter Lotpasten Verwendung spezieller Geometrien im Pastendruck, um ein Ausschöpfen der
Lotpaste durch den Rakel zu verhindern- Gut: z. B. Stern- oder Kreuzgeometrien bekannt als Drainagedruck- Schlecht: z. B. flächige, raster- oder punktförmige Geometrien
Exakte Anpassung des Lotpastenvolumens an die Anschlussgeometrie Trocknen von Baugruppen und Bauteilen Auf Tempern verzichten, da dies die Oxidation begünstigt Verwenden von Metallisierungen mit niedrigem Oxidationsgrad
Durch die Optimierung aller oben genannten Parameter können Lunkerratenzwischen 10 und 15 % in der Serie erreicht werden.
Maßnahmen zur Reduktion des Lunkeranteilsvor dem Löten
Einsatz der Dampfphasen Vakuumlöttechnik / MULTIVACUUMSicherstellung eines exakt reproduzierbaren Lötprofils, das auf dieGegebenheiten des Produktes optimiert ist mittels DYNAMIC PROFILING
Durch den Einsatz der Dampfphasen Vakuumlöttechnik können Lunkerraten bisweit unter 1 % in der Serie reduziert werden selbst bei der Verlötung vongroßflächigen Strukturen.
Maßnahmen zur Reduktion des Lunkeranteilswährend des Lötprozesses
Wirkungsweise des Vakuums
Unterdruck lässt Lunker / Void wachsen -> Bewegung in Richtung Begrenzungder Lötstelle
Durch weiteres Wachstum durchbricht der Void den flüssigen Meniskus Der Void entlüftet und wird kleiner, die Entlüftungsöffnung schließt sich Durch die Rückkehr zum Normalathmosphärendruck wird der Restvoid zu
seiner endgültigen minimalen Größe komprimiert Abkühlen der Lötstelle und „Einfrieren“ des voidarmen Zustands
Beispiel: Verhalten eines Luftballons im hermetisch dichten Glaskolben bei Über- und Unterdruck
Trends und Grenzen beim Vakuumlöten Immer größer werdende Lötflächen führen zwangsweise dazu, dass beim
Druck- und Bestückprozess höhere Luftmengen in der Lötstelle eingeschlossenwerden (z.B. durch Ausschöpfen von Lotpaste wegen nicht ausreichenderRakelunterstützung). Werden diese Lufteinschlüsse/Lunker nicht entfernt,führt dies neben den bereits genannten negativen Einflüssen außerdem zuLotspritzern.
Die immer größer werdenden Lötflächen und das damit verbundene höherePastenvolumen führen außerdem dazu, dass Lunker immer schwierigerausgetrieben werden können. Ein einfacher Vakuumschritt kann diese Lunkernicht in jedem Fall mehr sicher aus der Lötstelle herausarbeiten.
Die mit den verschiedenen Lötlegierungen einhergehenden unterschiedlichenViskositäten des geschmolzenen Lotes beeinflussen die Bewegungsfreudigkeitder Lunker während des Vakuumprozesses.
Die Lösung: MULTIVACUUM
Durch mehrere frei einstellbare Vakuumschritte kann der Vakuumprozessoptimal an die Erfordernisse des einzelnen Produktes angepasst werden.
Stufe 1: Ein Vakuumschritt vor dem LötenBeim Lotpastendruck eingeschlossene Luft wird entfernt; es erfolgtnoch keine thermische Behandlung. Bestimmte Lösemittelanteile ausder Paste verdampfen schon hier.
Stufe 2: Ein oder mehrere Vakuumschritte nach dem LötenEnddruck und Verweilzeiten sind jeweils produktspezifisch einstellbar.Ein Doppelvakuumschritt nach dem Löten wird insbesondere bei sehrgroßen Lötflächen empfohlen.
Funktion Vorvakuum
Große Lufteinschlüsse nach dem Druckenwerden vor dem Löten entfernt.
Lötstelle ohne Vorvakuum:Große Lufteinschlüsse, hervorgerufendurch ausgeschöpfte Lotpaste beimDrucken.Problem: Viele Lotspritzer beim Startdes Hauptvakuums.
Ergebnis nach dem Vorvakuum:Deutlich weniger Lufteinschlüsseschon zu Beginn des Lötprozesses.
Funktion doppeltes Hauptvakuum
Schritt 1 transportiert Gasblase in Randbereiche Schritt 2 treibt Gasblase vollständig aus
Lötstelle vor Vakuum Ergebnis nach doppeltem Hauptvakuum
Unterstützung des Vakuumprozesses
Die Ergebnisse des MULTIVACUUM-Prozess lassen sich durch einproduktoptimiertes Temperaturprofil unterstützen und verbessern.
Durch den Einsatz von DYNAMIC PROFILING kann dieses produktoptimierteTemperaturprofil einfach erreicht werden.
+
Das produktoptimierte Lötprofil –die Herausforderung im Lötprozess
Automatische Erstellung und Regelung des Lötprofils Echtzeitmessung jedes Lötvorgangs auf Produktebene Konstantes Profil bei jedem Lötvorgang Protokollierbar im Sinne der Qualitätssicherung (Traceability) Einsetzbar von Losgrösse eins bis zur Serienfertigung Einfache Erstellung eines Lötprofils anhand vorgegebener Sollwerte
Parameter eines Lötprofils1. Vorwärmung: Leistungseingabe (ETR) zur Bestimmung des
t1 t2 Vorwärmgradienten
2. Haltezone: Starttemperatur der Haltezone in °Ct2 t3 Haltezeit (in sek)
3. Löten: Leistungseingabe (ETR) zur Bestimmung des Lötgradientent3 t4
4. Zeit über Liquidus: Haltezeit (in sek) nach Erreichen der Endtemperaturt4 t5
t1 t2 t3 t5t4
Tin°C
T1
T2
T3
t in sec.
t6
1
23
4
Die Lösung: DYNAMIC PROFILING
Verwendung eines Messnormals, das zusammen mit dem Lötgut in der Lötanlageerwärmt wird.- Die Temperaturprofile von Messnormal und Produkt sind nahezu identisch.- Das Thermoelement zur Profilermittlung ist im Messnormal eingebettet.- Vor jedem Lötvorgang wird die Temperatur des Messnormals durch aktive Kühlungan die Temperatur des Produkts (Raumtemperatur) herangebracht.
Das Temperatur- / Zeitverhalten (Aufwärmverhalten) des Messnormals wird alsStellgröße zur Profilregelung verwendet.- Eine aktive Regelung des Temperaturprofils erfolgt während jedem Lötvorgang.- Einflüsse auf den Prozess durch z.B. hervorgerufen durch z.B. unterschiedlicheBeladung oder unterschiedliche Temperatur des Werkstückträgers werden ausgeglichen.
Eine gesicherte Rückverfolgbarkeit (Traceability) und Kontrolle bzw. Nachprüfung derLötprofile ist mit dem Softwaretool ASSCON- BDE/SQL-Datenbank jederzeit möglich
DYNAMIC PROFILING
- unterschiedliche Messnormalemit eingebetteten Thermoelementenzur Erfassung unterschiedlicher Produkte
Kühlmediumzuführung 3
1
4
4
3
21
Erstellung eines Lötprofils in der Praxis
Vorgehensweise bei neuenProdukten mit Hilfe vonDYNAMIC PROFILING:
Die Referenzbaugruppe (GoldenBoard / GB) wird einem Lötzyklusunterzogen. Dabei werden dieProfile der Referenzbaugruppeund der Messnormale auf-gezeichnet.
Anschließend wird dasjenigeMessnormal ausgewählt, dessenProfil dem derReferenzbaugruppe am bestenentspricht.
Das gewünschte Lötprogrammwird erstellt und dasausgewählte Messnormalzugeordnet.
231
GB
Archivierung von Lötprofilen(ASSCON-BDE / SQL-Datenbank)
Alle relevanten Anlagen-daten, sowie Temperatur-profile können mittelsBetriebsdatenerfassunggespeichert und archiviertwerden.
Einsatzmöglichkeiten: Traceability Lötprofiloptimierung Golden Board Messung Prozessvisualisierung
Der Funktions- und Leistungsumfang derBDE Software variiert je nach Maschinentypund Ausrüstung der Anlage.
Profilbeispiele aus der Praxis
Linear- und Rampenprofil
Unterschiedliche Gradienten
Verschiedene Haltezeiten
Verschiedene Zeiten über Liquidus
Verschiedene Haltetemperaturen
Lötprofile für bleihaltige und bleifreie Prozesse
Kompensation unterschiedlicher Startbedingungen
Wiederholgenauigkeit
Linear- und Rampenprofil
Linear- und Rampenprofile sindje nach Produktanforderungeinfach zu realisieren
Vergleich: Linear- und Rampenprofil
Stufenlos verstellbarer Gradient
Der Gradient kann je nachProduktanforderungverändert werden
Verschiedene Gradienten
Verschiedene Temperaturen der Haltezone
Die Starttemperatur derHaltezone kann an Produkt-vorgaben angepasst werdenz.B. für unterschiedlicheAusgasungstemperaturenvon Lotpasten
Vergleich: hohe und niedrige Starttemperatur der Haltezone
Verschiedene Haltezeiten
Die Haltezeit kann anProduktvorgaben angepasstwerdenz.B. für längeres Ausgasender Lotpaste um geringereLunkerraten zu erreichen
Vergleich: kurze und lange Haltezeiten
Verschiedene Zeiten über Liquidus
Zeit über Liquidusindividuell nachProduktanforderungeinstellbar
23Vergleich: verschiedene Zeiten über Liquidus t1 < t2
Löten mit und ohne Vakuum
Löten mit Vakuum minimiert die Lunkerrate Die Vakuumbehandlung startet nach
Beendigung des Lötens Lunkerraten beim Löten von BGAs, Flip-
Chips, Leistungsmodulen usw. bis unter0,1% möglich
Vergleich: identischer Lötverlauf mit und ohne Vakuum.
Bleihaltig und bleifrei in einer Maschine Max. Löttemperatur
bleihaltig T1 Max. Löttemperatur
bleifrei T2 T - bleihaltig ist je nach Produkt geringfügighöher, da der Lötvorgang vor Erreichen derDampftemperatur abgebrochen wird.
Vergleich: bleihaltiger und bleifreier Lötzyklus mit identischer Dampftemperatur(Galden LS 230)
Vergleich verschiedener Startbedingungenz.B. kalter / heißer Träger
Werden die zeitlich versetztenProfile übereinandergelegt ist dasgleichbleibende Verhalten in denrelevanten Bereichen deutlichsichtbar
T = T kalter Träger
= T heißer Träger
Wiederholgenauigkeit
Diese Grafik zeigt dieWiederholgenauigkeit vonsieben aufeinanderfolgendenLötzyklen
T2
T1
Vielen Dank
Diese Präsentation ist Eigentum der ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH, Messerschmittring 35,86343 Königsbrunn, Germany.